vodena para seminarski rad

Visoka škola za primijenjene i pravne nauke Prometej

Banja Luka, Knjaza Miloša 10a

- S E M I N A R S K I R A D –

IZ PREDMETA: TEHNIČKI ELEMENTI

TEMA: KAIŠNI PRENOSNICI

Student: Mentor:

Dejan Radić TI-222 Prof. dr Milan Plavšić

Banja Luka, decembar 2015.

Kaišni prenosnici TEHNIČKI ELEMENTI

SADRŽAJ

SADRŽAJ.............................................................................................................................................

1. UVOD...............................................................................................................................................

2. KAIŠNI PRENOSNICI.....................................................................................................................

2.1. Osnovne karakteristike i podjela......................................................................................4

2.2. Zatezanje kaišnika i kaiša.................................................................................................6

2.3. Oblici i materijali kaiša.....................................................................................................8

2.4. Trenje klizanja kaiša o cilindričnu površinu.....................................................................8

2.5. Sile koje djeluju na vratilo i gubici...................................................................................9

2.6. Sile i naponi kod kaiševa................................................................................................10

2.7. Kritični naponi u kaišu....................................................................................................11

2.8. Prednaprezanje...............................................................................................................12

3. ZAKLJUČAK.................................................................................................................................

Literatura.............................................................................................................................................

2 Dejan Radić


1. UVOD

Kaišni prenosnici su relativno jednostavni prenosnici koji su posebno pogodni za prenos snage između udaljenih vratila. Kaišni prenosnici su sastavljeni od dva glatka ili ozubljena točka preko kojih je postavljen i dovoljno zategnut elastični element kaiš. Ovi prenosnici obično rade pomoću trenja između kaiša i kaišnika, ali imamo i ozubljene kaišne prenosnike.

Kaišni prenosnici dosta opterećuju ležaj zbog sile zatezanja u kaišu, koja se obično obezbjeđuje pomoću odgovarajućeg mehanizma. Prenosni odnos nije tačan, i u nekoj mjeri nestalan zbog mogućeg proklizavanja, u tom se slučaju u formulu za prenosni odnos dodaje koeficijent klizanja koji se kreće od 0,97 – 0,99 i on koriguje prečnik gonjenog kaiša.

Uglavnom se koriste za prenos snage do 100 KNJ, mada mogu i uz specijalne konstrukcije prenositi i do preko 1 MNJ. Obimne brzine kojima se okreću kaišnici se kreću i do iznad 30 m/s. Za kajševe od specijalnog materijala i do 90 m/s.

3 Dejan Radić


2. KAIŠNI PRENOSNICI

2.1. Osnovne karakteristike i podjela

Kaišni prenosnici mogu da prenesu snagu između vratila čije su ose paralelne ili se sijeku odnosno mimoilaze pod proizvodnim uglom. Istovremeno se može prenositi snaga i između većeg broja vratila, od kojih je jedno po pravilu pogonsko, a ostala gonjena. Osnovni elementi kaišnog prenosnika su točkovi - kaišnici i kaiš, koji se oko njih obavija i spaja ih u jednu cjelinu (sl. 1.1). Pogonski kaišnik dovodi u kretanje gonjeni kaišnik preko vučnog ogranka, dok je drugi ogranak kaiša slobodan. Dio obima po kojem se dodiruju kaiš i kaišnik definisan je obvojnim uglom β1, odnosno β2.

Osnovne vrste kaišnih prenosnika su:

1. Kaišni prenosnici sa pljosnatim kaišem, koji omogućuje prenos snage između vratila sa većim osnim rastojanjem, između ukrštenih i mimoilaznih vratila, rad sa većim obimnim brzinama i istovremeni pogon većeg broja vratila. Prenos snage - posredstvom sile trenja.

2. Kaišni prenosnici sa trapeznim kaišem - remenom, koji se nazivaju i remeni prenosnici. Prenose snagu između vratila sa manjim osnim rastojanjem, dozvoljavaju veći prenosni odnos i predviđeni su za prenos srednjih snaga. Prenos snage - posredstvom sile trenja.

Slika 1.1: Šematski prikaz kaišnog para

3. Zupčasti kaišni prenosnici, koji za razliku od kaišnih i remenih prenosnika spadaju u sinhrone prenosnike, odnosno obezbeđuju konstantni prenosni odnos. Prenos snage posredstvom zubaca, dakle oblikom.

4 Dejan Radić


Prednosti primjene kaišnih prenosnika:

- Bešuman rad, mogućnost prijema i prigušenja udarnih opterećenja (izuzimajući zupčaste kaišne prenosnike).

- Jednostavno konstrukciono izvođenje, bez zahtijeva za visokom tačnošću izrade, tako da im je i cijena niska.

- Neosjetljivi su na kratkotrajna preopterećenja, jer dolazi do proklizavanja, čime se sistem štiti od preopterećenja (izuzev zučastih kaišnih prenosnika).

- Mogu da prenesu visoku specifičnu snagu u odnosu na težinu - Mogu da rade sa velikim obimnim brzinama. - Omogućuju spajanje veoma udaljenih vratila i istovremeni pogon većeg broja vratila.

Nedostaci primene kaišnih prenosnika:

- Veliko opterećenje vratila i ležaja (radijalna sila veća je u odnosu na obimnu za 1,2 puta - kod zupčastih, za 1,7 puta - kod trapeznih, za 2,5 puta kod pljosnatih kaiševa).

- Elastično klizanje - do 2% - zavisno od vrednosti obimne sile. - Kod pljosnatih i trapeznih kaiševa ne može se obezbediti konstantni prenosni

odnos. - Visoka osetljivost na uticaj okolne sredine (temperatura, vlaga, prašina, ulje), što

smanjuje koeficijent trenja i nosivost prenosnika. - Radna temperatura je ograničena ( -20 °C do +60 °C, izuzetno -50 °C do +80 °C).

Otvoreni kaišni prenosnik (sl. 1.2,a) koji može biti postavljen horizontalno, koso ili vertikalno. Smjerovi okretanja pogonskog i gonjenog vratila su isti.

Ukršteni kaišni prenosnik (sl. 1.2,b) koji može biti izveden horizontalno, koso ili vertikalno. Smjerovi okretanja pogonskog i gonjenog vratila su suprotni. Zbog opasnosti oštećenja kaiša primjenjuje se samo izuzetno slucajevima.

Ugaoni kaišni prenosnik (sl. 1.2,c) prenosi snagu između dva kaišnika pod proizvoljnim uglom postavljena vratila. Moguća primena samo kod pljosnatih i eventualno zupčastih kaiševa.

Poluukršteni kaišni prenosnik prenosi snagu između mimoilaznih vratila. Primjena samo kod pljosnatih kaiševa. Naprezanje kaiševa - nepovoljno.

Pogon većeg broja vratila istovremeno, (sl. 1.2,d) pri čemu je samo jedno vratilo pogonsko, a ostala su gonjena.

Stepenasti prijenosnik, (sl. 1.2,e) se koristi u slučaju kada se promjena broja obrtaja mijenja stepenasto, a ovo se postiže tako što se kaiš premiješta na različite prečnike pogonskog i gonjenog kaišnika.

5 Dejan Radić


Slika 1.2: Konstrukciona izvođenja kaišnih prenosnika: a) otvoreni; b) ukršteni; c) ugaoni; d) dvostruki; e)stepenasti

2.2. Zatezanje kaišnika i kaiša

Za obezbeđenje sile trenja između kaiša i kaišnika neophodna je odgovarajuća pritisna sila, koja se ostvaruje zatezanjem kaiša. Najbolje je da sila pritezanja bude proporcionalna obimnoj sili. Međutim zbog izduženja kaiša u toku rada, to nije jednostavno ostvariti.

U praksi se potrebna sila pritezanja ostvaruje na više načina:

1. Sopstvenom težinom kaiša. Ovo je moguće ostvariti kod veoma udaljenih vratila, gde pljosnati kaiš sopstvenom težinom vrši zatezanje. Osno rastojanje je pri tome a ≈ 5 m, a vučni ogranak je obično sa dornje strane, čime se povećava obvojni ugao.

6 Dejan Radić


2. Elastičnim izduženjem kaiša. Prije početka rada povećanjem osnog rastojanja kaiš se elastično izdužuje i na taj način ostvaruje potrebna sila pritezanja. Vremenom međutim elastične deformacije prelaze u trajne, pa je potrebno povremeno dodatno pritezanje kaiša. To se ostvaruje na primjer postavljanjem elektromotora na šine i povremenim zatezanjem preko zavrtnja.

3. Pomoću kotura zatezača (sl. 1.3,d, e). Kotur zatezač djeluje na kaiš sa spoljašnje strane i zateže ga. Sila pritezanja ostvaruje se pomoću tega ili opruge. Na ovaj način kod prenosnika sa malim osnim rastojanjem istovremeno se povećava i obvojni ugao (sl. 1.3,d), što pozitivno utječe na nosivost prenosnika. Međutim naponi u kaišu usljed savijanja su naizmenično promenljivi, što smanjuje radni vijek kaiša. Preporučuje se da prečnik kotura zatezača ne bude manji od prečnika manjeg kaišnika.

Slika 1.3: Mogući način zatezanja kaišnika: a) povećanje osnog rastojanja između vratila, b, c) pomoću relativnog obrtnog momenta elektromotora, d, e) pomoću spoljnjeg ili unutrašnjeg zatezača.

Prijenos zatezanje kaišnikom u odnosu na otvoreni prijenos pruža slijedeće prednosti: manje predzatezanje, automatsko izjednačavanje dužine kaiša, veći obuhvatni ugao, manja opterećenost kaiša pri maloj snazi i u stanju mirovanja, kada se zatezna kaišnik odigne.

Nedostaci: brz zamor zbog naizmjeničnog savijanja kaiša veća savojna učestalost zbog zateznog kaišnika i zbog često malog razmaka vratila.

7 Dejan Radić


Zatezni kaišnik treba postaviti na slobodni povratni ogranak kaiša, jer je naprezanje na vučnom ogranku veće. Osim toga se ne smije zatezni kaišnik staviti preblizu kaišnika, kako bi se kaiš mogao oporaviti od jednog savijanja do savijanja u suprotnom smjeru.

2.3. Oblici i materijali kaiša

Izbor oblika kao i izbor materijala kaiša igra veoma važnu ulogu na nosivost kaišnog prenosnika. Od materijala za izradu kaiša zahtijeva se:

- Dobra prionljivost između kaiša i kaišnika, odnosno visoka vrednost koeficijenta trenja.

- Zadovoljavajuća savitljivost kaiša. - Visoka dinamička izdržljivost. - Neosetljivost materijala na spoljne uticaje (vlagu, ulje, prašinu).

Vrste kaiša imamo:

1. Koža. Ima visoki koeficijent trenja, koji se ne može postići drugim materijalima. Pojava višeslojnih materijala dovela je do smanjenja primjene čisto kožnih kaiševa. U primjeni je standardna (S), savitljiva (G) i hromova vrlo savitljiva koža (HGL). Standardna koža koristi se kod malih obimnih brzina i za miran rad.

2. Tkanina. U primjeni je tkanina od organskog (pamuk, životinjske dlake, prirodna svila) i sintetičkog (veštačka vlakna na bazi celuloze, najlon i perlon) materijala. Za razliku od kožnih kaiševa, tekstilni kaiševi imaju ravnomernu strukturu i mogu biti izrađeni izjedna kao zatvoreni kaiševi, tako da imaju mirniji rad. Tekstilni kaiševi imaju veću specifičnu težinu u odnosu na kožne kaiševe, tako da se kod njih u radu javljaju znatne centrifugalne sile.

3. Plastična masa. U primeni je poliamid (najlon, perlon) ili poliester. Plastični kaiševi imaju visoku čvrstoću, ali nisu elastični, imaju nizak koeficijent trenja, pa se retko koriste.

2.4. Trenje klizanja kaiša o cilindričnu površinu

U mnogim inženjerskim problemima javlja se potreba prenošenja obrtnog kretanja pomoću remenog prenosnika. Kao što je rečeno, ovo kretanje je moguće realizovati zahvaljujući postojanju sile trenja klizanja između kaiša (remena) i kaišnika (remenice). Iz iskustva je poznato da, ako se želi da se podigne neki teret proizvoljne težine G, pomoću kaiša

8 Dejan Radić


prebačenog preko hrapavog nepokretnog cilindra da će sila potrebna za realizaciju postavljenog cilja biti veća od težine tereta, odnosno intenzitet sile kojom treba delovati na slobodnom kraju kaiša zavisiće od ugla nalijeganja užeta na cilindar i biće najmanji ako je taj ugao najmanji, odnosno:

Da bi se analitički potvrdio ovaj iskustveni zaključak, potrebno je odrediti intenzitet najveće sile koja djeluje na desnom kraju užeta, da bi posmatrani sistem bio u ravnoteži. Neka je uže prebačeno preko hrapavog cilindra poluprečnika r, tako da je ugao nalijeganja užeta i na njegovom drugom kraju djeluje sila. Neka se uoči Δdφ mali djelić užeta.

Slika 1.4. Sile u malom djeliću kaiša

2.5. Sile koje djeluju na vratilo i gubici

Sile koje se pojavaljuju kod kaišnog prenosnika neophodno je prračunati zbog proračuna vratila, oslonaca i točkova. Materijal kaiševa definiše se po Gukovom zakonu. Poslije dodavanja korisnog opterećenja zbir zatezanja grana ostaje konstantan. Djelovanje centrifugalne sile ne uzima se u proračunima, pošto se sila u kaišu uravnotežuje i izaziva rasterećenje vratila.

Gubici snage kod kaišnih prenosnika sastoje se od gubitaka:

a) Od klizanja kaiša po točkovima,b) Na unutrašnje trenje u kaišu,c) Od otpora zraka kretanju kaiša i točkova.

9 Dejan Radić


Slika 1.5.: Šema sila koje djeluju na vratila kaišnih prenosnika: a) u stanju mirovanja, b) u stanju rada

Ako su grane kaiševa paralelne sila FV na vratila jednaka je dvostrukom početnom zatezanju kaiša:

Fv = 2F0 = 2σ0A

Gdje je:

σ0 - početni napon (MPa) A - površina presjeka kaiša (mm2)

Ako grane kaiševa nisu paralelne sila na vratilo određuje se po formuli:

Fv = √ F12+F2

2+2 F1 F2cos γ ≈ 2 F0cosγ2

Aproksimacija je utoliko pravilnija ukoliko je bliža jedinici. Kod prenosnika bez regulisanja zatezanja obično se uzima sa rezervom. Kod proračuna maximalnih sila na vratila preporučuje se povećanje proračunskog početnog zatezanja F0 i naprezanja σ0 1,5 puta.

U prosječnim uslovima rada vrijednosti koeficijenta korisnog dejstva η za pljosnato kaišne prenosnike su jednaki 0,96 a za klinastokaišnike zbog povećanih gubitaka na klizanje kaiša po točkovima, i na prirodno trenje u kaiševima 0,95. U nepovoljnim uslovima rada: mali prečnici točkova, granične brzine kaiševa i jako zatezanje, koeficijent korisnog dejstva se smanjuje do 0,85.

2.6. Sile i naponi kod kaiševa

Kružna sila na točkovima ili opterećenje kaiša koje se prenosi izračunava se po obrascu:

Ft = 2 K F ∙ M T

D =

103 K F PV

Gdje je:

MT – moment (Nm) na tačku prečnika d (m)P – prenosna snagaKF – koeficijent dinamičnosti opterećenja i načina rada.

10 Dejan Radić


Mnogi kaiševi nisu homogeni. Tekstilni kaiševi nisu konstantnog poprečnog presjeka. Pri proračunu svi se kaiševi mogu testirati kao homogeni i konstantni i vrši se po minimalnim naponima.

Naprezanje prenešene kružne sile F1 računa se:

σ 1 = F1

AGdje je:

A - površina presjeka kaiša (mm2).

Odnos istezanja vodeće F1 i vođene F2 grane pri radu bez uzimanja u obzir centrifugalnih sila određuju se po poznatoj jednačini L. Ejlera izvedenoj za nerastegljivi konac koji klizi po cilindru. Uslove ravnoteže po osama x i y elementa luka kaiša sa centrifugalnim uglom d su:

∑ x=0 ⇒ FN – (F + FT)dα2

– F dα2

= 0

∑ y=0 ⇒ F + dF – F – fFN = 0

Gdje je:

FN - normalna sila koja djeluje na element kaiša od točka, f - koeficijent trenja.

Dakle odnos F1/F2 zavisi od koeficijenta trenja i ugla klizanja.

Odgovarajuća naprezanja u vodećoj grani računaju se:

σ 1 = F1

A σ 2 =

F2

AZbirna naprezanja u kaišu:

σ 1 = F1

A+σc

Minimalno naprezanje u vođenoj grani:

σ min = F2

A+σc

11 Dejan Radić


2.7. Kritični naponi u kaišu

U toku rada kaiša dolazi do njegovog postepenog razaranja. U krajnjem slučaju dolazi do njegovog djelimičnog ili potpunog prekidanja. Ova razaranja nastaju usljed elastičnog klizanja kaiša ili usljed zamora materijala. Naponi koji dovode do ovih razaranja poslije određenog brija ciklusa promjena predstavljaju kritične napone. Vrijednost napona kojeg kaiš može izdržati beskonačan broj ciklusa naziva se dinamička čvrstoća σd. Veza između dinamičke izdržljivosti i broja promjena pri savijanju N se može izračunati formulom σd ∙ N = constanta.

Ako je poznata konačna dinamička čvrstoća σd za broj promjena napona pri savijanju N0 = 107 onda se može približno naći broj ciklusa savijanja (N) poslije kojih se može očekivati razaranje kaiša za maksimalni napon σmax određen formulom N = N0 (σd0 / σmax) i najvećim obrtnim momentom koji se javlja u radnom vijeku. Broj sati koji može izdržati remenje T = N / 3600 fs (sati).

2.8. Prednaprezanje

Potrebno predzatezanje remena ostvaruje se:

1. Vlastitom težinom remena u vodoravnom položaju. Zbog provjesa od vlastite težine pojedini djelići remena svojom težinom stvaraju komponente sila u uzdužnom smjeru remena. Zato treba da je remen dovoljno dugačak, a razmak vratila da bude a ≥ 5 m.

2. Elastičnom deformacijom remena. 3. Zatezanjem remena pomicanjem pogonskog motora priteznicama. 4. Zateznom remenicom, koja djelovanjem utega ili opruge pritiskuje povratni

slobodni ogranak remena. 5. Samozateznim uređajima (Sepsa). Motor se nalazi na okretnom postolju.

Reaktivnim momentom rotora motora na kućište, zakreće se postolje u smjeru strelice i ostvaruje predzatezanje remena.

Princip zatezanja pogonskog remenja:

a) vlastitom masom remenab) navlačenjem remena predzatezanjemc) pomicanjem motora pomoću pritezniced) zateznom remenicome) pomoću momenta izazvnog težinom motoraf) pomoću obodne sile zupčanika.

12 Dejan Radić


3. ZAKLJUČAK

Kaišni prenosnici imaju vrlo široku primjenu u mašinogradnji, ali nisu previše zastupljeni zbog toga što ih iz upotrebe izbacuju zubčasti prenosnici snage. Takođe kišni prenosnici imaju dosta veća opterećenja na vratila (oslonce) od žubčasti prenosnika. Možemo reći da je najveća prednost kaišni prenosnika u odnosu na zupčaste to da im je dosta lakša izrada, ali oni imaju i dosta veće gabarite od zučastih prenosnika.

Kaišne prenosnike treba koristiti za prenos snage pri velikim brzinama obrtanja na srednjim rastojanjima, ali isti nisu pogodni za prenog velike snage zbog mogućnosti proklizavanja, kao i za prenos snage na više vratila. Opterećenje kod kaišnih prenosnika se povećava prporcijonalno snazi koju prenose i javlja se samo na mjestu dodira kaiša i kaišnika.

Najbitnija karakteristika kaišnih prenosnika jesu prenosni odnos, koeficijent trenja između kaiša i kaišnika kao i snaga koju prenosi, ugao kojimi zahvata kaiš kaišnicu, opterećenje u osloncima (vratilima) kaišnika.

13 Dejan Radić


Literatura

[1] Mašinski elementi za III razred mašinske srednje škole, prif.dr. Neđad Repčić, mr. Mirsad Čolić

[2] Mašinski elementi 2, Dr.sci. Pašaga Muratović

[3] http://www.masfak.ni.ac.rs/uploads/articles/www2_kaini_prenosnici.pdf

[4] http://www.slideshare.net/slatkamladja/kaini-parovi-diplomski-14414361

14 Dejan Radić

http://www.slideshare.net/slatkamladja/kaini-parovi-diplomski-14414361

http://www.masfak.ni.ac.rs/uploads/articles/www2_kaini_prenosnici.pdf

vodena para seminarski rad

Documents